Rhéologie des boues résiduaires : rôle de la thixotropie et de la composition sur les propriétés liquides et solides

Autor: Thiene, Oumar
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2018
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Popis: Alors que la quantité de boues résiduaires produites à l’échelle mondiale ne cesse d’augmenter, la gestion de ces boues est désormais devenue un enjeu sociétal majeur. Dans le cadre d’une politique de développement durable, son efficacité passe nécessairement par la réduction des volumes produits (via l’optimisation des procédés de traitement) et par une meilleure valorisation. Pour cela, les procédés ainsi que les outils mis en oeuvre pour traiter puis valoriser le matériau doivent être de plus en plus performants. Les traitements étant essentiellement basés sur des écoulements, cette performance accrue nécessite la mesure et la maîtrise des caractéristiques des boues résiduaires telles que la consistance et les propriétés d’écoulement. Cependant le matériau est complexe et ses propriétés rhéologiques varient selon sa composition. Ainsi, le principal critère utilisé pour déterminer sa consistance, la teneur en matière solide, s’avère limité puisque la boue la plus consistante n’est pas nécessairement celle qui contient le plus de matière solide. Un état de l’art sur le comportement rhéologique des matériaux non-Newtoniens en général et des boues résiduaires en particulier a montré l’intérêt de s’intéresser au rôle de la matière organique et de la thixotropie dans la variabilité des propriétés rhéologiques du matériau. Dans cet objectif, une méthodologie expérimentale a d’abord été développée pour s’assurer de l’obtention de résultats fiables. Cela a permis de montrer l’influence des procédures expérimentales sur les mesures rhéologiques et de définir une procédure expérimentale robuste garantissant la répétabilité et la reproductibilité des résultats obtenus. Puis, à partir de cette procédure expérimentale, il a été montré que les effets de la thixotropie n’affectent que les propriétés solides des boues, les propriétés liquides en étant indépendantes. De plus, cette approche a permis de mettre en évidence que le comportement thixotrope est intrinsèquement lié à la matière organique contenue dans les boues : plus la matière organique est élevée, plus les boues sont thixotropes. Ensuite, à partir de la matière solide et de la proportion de matière organique contenue dans le solide, un critère plus pertinent que la teneur en matière solide a été établi pour comparer les propriétés rhéologiques entre boues d’origines différentes. Ce critère, appelé consistance équivalente, s’avère suffisant pour tenir compte de l’influence de la composition sur les propriétés rhéologiques des boues. Enfin, selon la valeur de la consistance équivalente, il a été montré que le comportement rhéologique des boues résiduaires peut être considéré comme Newtonien, non-Newtonien simple (effets thixotropes négligeables) ou non-Newtonien avec des effets thixotropes.
Sludge management is a major issue as the production is increasing year after year while the solutions to reuse it are limited. In the context of sustainable management and circular economy, treatment processes need to be well controlled to pilot operating systems. Since treatment processes are essentially based on flowing properties, improving the efficiency requires the measurement and control of sludge rheology, among which viscous properties. However, sludge is complex material and its rheological properties highly dependent of its composition. The solid content, the most usual parameter considered to evaluate rheological properties, is quite limited as sludge consistency is not directly connected to the solid content. An in-depth state of the art review on non-Newtonian materials rheology with a focus on sewage sludge has underlined the role of organic matter and thixotropy in complex fluid rheological properties. In that purpose, an experimental methodology was defined to ensure reliable results. This allowed to highlight the impact of experimental setups on rheological measurements and to define a robust experimental methodology that ensures the repeatability and the reproducibility of the measurements. Then, thanks to this experimental methodology, it has been shown that thixotropy is a solid-like characteristic, viscous properties being independent of material history. In addition, this approach has made it possible to demonstrate that the thixotropic behavior is intrinsically connected to the organic matter content: the higher the organic matter, the more thixotropic the sludge. Moreover, from the solid matter and the ratio of organic matter in the solid, a criterion (more relevant than the solid content) has been established to compare the rheological properties between sludge of different origins. This criterion, called equivalent consistency, appears to be sufficient to take into account the impact of the composition on sludge rheological properties. Finally, it has been shown that the rheological behavior of sewage sludge can be considered as Newtonian, simple non-Newtonian (with negligible thixotropic effects) or non-Newtonian with thixotropic effects depending the value of the equivalent consistency.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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